科学家们开发了一种数据驱动的方法，以加速发现经济实惠、稳定的催化剂用于清洁氢气生产。通过一个名为 DigCat 的数字平台，他们识别出一种低成本金属氧化物，能够在酸性条件下同时进行氧气析出反应 (OER) 和氢气析出反应 (HER)，并且在时间上保持稳定。
一个研究团队开发了一种新方法，以加速发现经济实惠、稳定的材料，以支持清洁氢气生产。他们的方法可以通过减少对昂贵贵金属的依赖，使氢气——一个有前景的清洁能源来源——更加普遍可及。
氢气可以通过水分解生产，这个过程使用电力将水分子分解成氢气和氧气。这个过程涉及两个关键反应：氧气析出反应 (OER) 和氢气析出反应 (HER)。虽然一些金属氧化物——由金属和氧组成的化合物——表现出作为低成本催化剂的潜力，但它们在通常用于工业水分解的酸性环境中常常会降解。
为了应对这一挑战，团队设计了一个“闭环”研究框架，结合了催化剂开发的几个阶段。其中包括使用数据分析识别有前景的候选者，测试它们在实际操作条件下的行为，并通过实验室实验确认其性能。所有步骤都通过数字系统连接，允许持续学习和改进。
“我们工作的核心是一个名为 DigCat 的数据驱动平台，”东北大学先进材料研究所 (WPI-AIMR) 的教授李昊解释说。“它帮助我们高效探索各种材料，通过预测它们在水分解过程中的表面行为，这通常是它们有效性的关键。”
使用这种方法，研究人员识别出一种名为 RbSbWO₆ 的化合物，作为一个特别有前景的催化剂。在酸性条件下，它对 OER 和 HER 的表现强劲——这是低成本、未经改性的金属氧化物所罕见的。值得注意的是，这种材料在长期使用后仍保持结构稳定，这是实际应用的关键要求。
研究人员强调，整个过程——从计算机筛选到实验室验证——展示了将数字工具与实验工作结合的力量。“我们不仅仅在寻找更好的材料，”李说。“我们还在创造一种更智能的寻找方法。”
除了水分解，团队的框架还可以适应其他重要的化学反应，例如将二氧化碳转化为有用燃料或从氮气中生产氨。这些反应是可持续能源和环境技术的核心。
研究的下一阶段涉及扩展表面状态数据库，并将该方法应用于其他材料系统。“通过了解反应中表面的行为，我们可以揭示之前被忽视的材料的隐藏潜力，”李说。团队希望这一策略能够加速朝向经济实惠、有效的全球能源转型解决方案的进展。
